(57)【要約】  放電容器に発生するプラズマからのダメージを低減し、放電容器の交換周期を長期化する。  処理空間を区画する処理室２と、一端が処理室２の内部に臨んで開口され、他端が閉塞された放電容器３と、放電容器３の周囲に配置され、誘導電場を発生させ減圧下の放電容器３の内部にプラズマを生成するアンテナ４と、放電容器３の周囲に配置され、放電容器３の内部に発散磁場を形成する電磁石９と、を備えるプラズマ処理装置１であって、放電容器３の閉塞端部に、処理室側へ向かって突出した突出部１５が形成されている。
2011024446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理空間を区画する処理室と、
一端が前記処理室の内部に臨んで開口され、他端が閉塞された筒体からなる放電容器と、
前記放電容器の周囲に配置され、誘導電場を発生させ減圧下の前記放電容器の内部にプラズマを生成するアンテナと、
前記放電容器の周囲に配置され、前記放電容器の内部に発散磁場を形成する磁石と、
を備え、
前記放電容器の閉塞端部は、前記処理室側へ向かって突出した突出部を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記磁石は、放電容器の周囲に配されたコイルを有する電磁石であり、
前記突出部は、前記磁石の軸方向中心よりも前記処理室側に突出していることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記突出部の突出端と前記磁石の軸方向中心との間の前記軸方向距離が２０ｍｍ以上に設定されていることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記突出部は、前記放電容器と同材料または異なる材料の誘電体で形成され、前記放電容器の閉塞端部の肉厚を増大させるように形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記突出部を冷却する冷却機構を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
処理空間を区画する処理室と、
一端が前記処理室の内部に臨んで開口され、他端が閉塞された筒体からなる放電容器と、
前記放電容器の周囲に配置され、誘導電場を発生させ減圧下の前記放電容器の内部にプラズマを生成するアンテナと、
前記放電容器の周囲に配置されるコイルを有する磁石と、
前記放電容器内であって、少なくとも前記磁石の軸方向中心に配置され、前記磁石の軸方向中心から前記処理室と反対側へのプラズマの拡散を遮る部材を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
放電容器の内部でプラズマを生成し、磁石の発散磁場により処理室の内部にプラズマを拡散させて処理対象を処理してデバイスを製造する方法であって、
プラズマ処理に際して、前記処理室側へ向かって突出した突出部を閉塞端部に備えた前記放電容器を配置することを特徴とするデバイスの製造方法。
【請求項８】
前記プラズマ処理が、前記処理室の内部でプラズマにより処理対象をドライエッチングする処理であることを特徴とする請求項７に記載のデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置およびデバイスの製造方法に関し、特に、各種電子部品、半導体集積回路素子、各種センサ、各種マイクロマシン素子などのデバイスを構成する微細構造を作製するのに好適なプラズマ処理装置およびデバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理装置の一例として、有磁場誘導結合型のドライエッチング装置が挙げられる。この種のエッチング装置は、放電容器内に誘導結合型プラズマを発生させ、このプラズマを利用して、処理室内に配置した基板の表面をドライエッチングする装置である（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
放電容器は誘電体で形成され、その周囲にはコイル状のアンテナが巻かれており、このアンテナは減圧下の放電容器内で誘導電場を発生させる。アンテナには高周波電源から電力が供給される。また、アンテナの外周には、放電容器と同心円状にリング状の電磁石が配置されている。この電磁石から生成された発散磁場により、放電容器内で生成されたプラズマが処理室内に拡散される。【０００４】
このような電磁石を備える有磁場誘導結合型のドライエッチング装置は、効率よくプラズマを処理室内に拡散させることができ、エネルギー効率が良く、また非常に有用な加工特性を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１３３４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の構成のドライエッチング装置では、放電容器に処理室と反対側に閉塞端部が存在し、この閉塞端部にプラズマからのダメージが加わるという問題があった。特に、放電容器の中心軸部に電磁石により形成された発散磁場の磁力線が集中して局所的にダメージが生じやすく、材質が変質したり、酷い場合には穴が開いて大気が混入するという不具合が発生する。ここでダメージとは、プラズマからの高エネルギー荷電粒子の入射ダメージや、その入射による発熱とその熱ダメージなどである。【０００７】
放電容器を構成する誘電体として、高周波損失が少なく加工特性に優れている石英ガラスを用いていたが、上記閉塞端部には、ガラスの結晶化（しばしば失透と呼ばれている）や穴の開口が発生しやすい。そのため、高価な放電容器の交換周期が短くなるという問題があった。【０００８】
したがって、ドライエッチング装置を安定稼動させるためには、上記ダメージ部分の改善が必須課題となっていた。【０００９】
本発明は、上記事情に鑑み、放電容器に発生するプラズマからのダメージを低減することができ、放電容器の交換周期を長期化することができるプラズマ処理装置、およびこれを使用したデバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の問題に対し、電磁石の軸方向中心から放電容器を所定距離以上離すことが考えられるが、この場合、特に電磁石の中心軸から径方向に離れた領域において必要な磁場強度を確保できないため、十分にプラズマを拡散できない。また、場合によっては、拡散されない荷電粒子によって内壁のエッチングが助長される。これに対し、本発明のように、突出部を設け、放電容器の内壁をプラズマによる荷電粒子のフォーカス位置からずらすことで、拡散効率を下げることなく、放電容器の耐久性を高めることができる。【００１１】
上記の目的を達成すべく成された本発明の構成は以下の通りである。【００１２】
即ち、本発明に係るプラズマ処理装置は、処理空間を区画する処理室と、一端が前記処理室の内部に臨んで開口され、他端が閉塞された筒体からなる放電容器と、前記放電容器の周囲に配置され、誘導電場を発生させ減圧下の前記放電容器の内部にプラズマを生成するアンテナと、前記放電容器の周囲に配置され、前記放電容器の内部に発散磁場を形成する磁石と、を備え、前記放電容器の閉塞端部は、前記処理室側へ向かって突出した突出部を有することを特徴とするプラズマ処理装置である。【００１３】
また、本発明に係るプラズマ処理装置は、処理空間を区画する処理室と、一端が前記処理室の内部に臨んで開口され、他端が閉塞された筒体からなる放電容器と、前記放電容器の周囲に配置され、誘導電場を発生させ減圧下の前記放電容器の内部にプラズマを生成するアンテナと、前記放電容器の周囲に配置されるコイルを有する磁石と、前記放電容器内であって、少なくとも前記磁石の軸方向中心に配置され、前記磁石の軸方向中心から前記処理室と反対側へのプラズマの拡散を遮る部材を備えることを特徴とするプラズマ処理装置である。【００１４】
また、本発明に係るデバイスの製造方法は、放電容器の内部でプラズマを生成し、磁石の発散磁場により処理室の内部にプラズマを発散させて処理対象を処理してデバイスを製造する方法であって、プラズマ処理に際して、前記処理室側へ向かって突出した突出部を閉塞端部に備えた前記放電容器を配置することを特徴とするデバイスの製造方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、放電容器の閉塞端部が、処理室側へ向かって突出した突出部を有するので、放電容器のプラズマからのダメージを低減することができ、放電容器の交換周期を長期化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態のドライエッチング装置の概略構成を示す図である。
【図２】放電容器の構造を示す断面図である。
【図３】電磁石の構成を説明するための概略部分断面図である。
【図４】電磁石と突出部の位置関係を示す図である。
【図５】放電容器を部分的に分解して示す断面図である。
【図６】電磁石と突出部の位置関係を示す図である。
【図７】第２の実施形態のドライエッチング装置を模式的に示す概略図である。
【図８】突出部の温度とエッチング残渣量との関係を示す説明図である。
【図９】第２の実施形態のドライエッチング装置を用いて、各冷却効率でドライエッチング処理を行った場合の放電容器の温度推移を示す説明図である。
【図１０】ドライエッチング工程を繰り返し行った場合の放電容器の温度推移を示す説明図である。
【図１１】第３の実施形態のドライエッチング装置を模式的に示す概略図である。
【図１２】各基板処理に合わせて放電中のみ冷却をおこなった場合と、放電していない時を含めて冷却し続けた場合の放電容器の温度推移を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００１８】
〔第１の実施形態〕
本実施形態では、プラズマ処理装置として、有磁場高周波誘導結合型のドライエッチング装置を例示する。
【００１９】
図１は、本実施形態のドライエッチング装置を模式的に示す概略図である。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態のドライエッチング装置１は、処理空間を区画する処理室２を備えており、その上部壁の中央部には、放電容器３が配設されている。
【００２１】
放電容器３は、一端が開口され、他端が閉塞された容器であって、開口端部を下端、閉塞端部を上端として、開口側を処理室２内へ臨ませて配設されている。すなわち、放電容器３の内部と処理室２の内部とは連通している。なお、図示していないが、処理室は、排気系に接続され、排気しながらの処理が可能になっている。
【００２２】
本実施形態における放電容器３の詳細な構成について、図２及び図５を参照して説明する。図２は本実施形態の放電容器３の断面図、図５は構造及び作製方法を説明するために放電容器３を部分的に分解して示す断面図である。
【００２３】
本実施形態の放電容器３は、円筒状の筒体であり、閉塞端部は処理室２側へ向かって突出した突出部１５（放電容器３内であって、少なくとも磁石９の軸方向中心に配置され、磁石９の軸方向中心から処理室２と反対側へのプラズマの拡散を遮る部材）を有する。ここでは、突出部１５は、放電容器３の中心軸Ａ１との交点Ｃで最も突出する湾曲面として、放電容器３の閉塞端部の肉厚を増大させるように形成されている。形成材料としては、石英ガラスやセラミクス、サファイヤなどの誘電体を用いることができ、特に石英ガラスを用いると、高周波損失が少なく加工特性に優れるので好ましい。また、開口端部は、フランジ１６を形成しており、これにより処理室２へ取り付け可能になっている。放電容器３は、例えば、フランジ１６、円筒状の本体１７及び突出部１５を夫々形成した後、接合し、一体に成形される。
【００２４】
なお、本実施形態では、放電容器３の閉塞端部が突出部１５を兼ねているため、この突出部１５は放電容器３と同材料により形成されているが、異なる材料の誘電体により形成してもよい。また、突出部１５は湾曲面に限らず、円錐状や階段状に突出していてもよい。
【００２５】
放電容器３の周囲にはコイル状のアンテナ４が配置されており、このアンテナ４は、例えば、マッチング回路６を介して高周波電源等の電源７に接続されている。アンテナ４は、電源７からの電力供給により放電容器３内に誘導電場を発生させ、減圧下の処理室２および放電容器３内に放電用ガスを導入することで、放電容器３内にプラズマを生成する。なお、本実施形態では、電源７の一端はアンテナ４に接続され、他端は接地されている。高周波電源の場合は、例えば、１３．５６ＭＨｚまたは２７．１２ＭＨｚの高周波を使用する。
【００２６】
また、アンテナ４の外周には、磁場設定手段として、リング状又は螺旋状の電磁石９が設けられ、その中心軸Ａ２が放電容器３の中心軸Ａ１と同軸に配置されている。電磁石９は、軸方向に沿って交番磁界を形成するものであり、処理室２側に向かって発散した発散磁場Ｍにより放電容器３の内部に生成されたプラズマＰを処理室２内へと拡散させる。本実施形態では、単一の電磁石を用いているが、例えば、２つ以上の電磁石を同心円状に配置しても構わない。この場合、少なくとも１つの電磁石に対して本願発明の関係を満たしていればよく、例えば、電磁石の強度に差をつける場合には強い磁界を形成する方の電磁石に対して本願発明の関係を満たしていることが好ましい。
【００２７】
処理室２内の下部には処理対象としての基板１０を保持する基板ホルダ１１が備えられており、基板ホルダ１１は基板１０の被処理面１０ａを放電容器３へ向けて保持可能である。この基板ホルダ１１には、マッチング回路１２を介してバイアス電源１３が接続されており、基板１０に印加する電圧を制御することで基板１０への入射イオンエネルギーを制御可能である。
【００２８】
また、処理室２には、不図示のガス導入手段に連通するガス導入口１４が設けられており、このガス導入口１４から処理室２内にエッチングに使用する処理ガスやプラズマ生成に必要な放電用ガスを導入可能である。
【００２９】
放電用ガスや処理ガスの種類は特に限定されず、放電用ガスとしては、例えば、Ａｒ、Ｋｒ、Ｎ2等の不活性ガスを用いることができる。また、処理ガスとしては、例えば、Ｃｌ2、ＢＣｌ、ＣＨＦ3などのハロゲン又はハロゲン化物ガスや、ＳＯ2などの硫化物ガス、Ｎ2やＯ2などを、エッチング処理対象の種類に応じて単独又は組合せて使用可能である。処理ガスの種類によっては、放電用ガスを用いずに、処理ガスを放電用やエッチング用に用いてもよい。なお、特にＳＯ2とＯ2を含有する混合ガスなどは、３００℃を超える高温条件下においてエッチング残渣を生じやすい。したがって、後述する第２および第３の実施形態のように冷却機構２１により放電容器３を３００℃以下に冷却しながらドライエッチング処理を行なう場合に好適である（後述の図７および図１１参照）。
【００３０】
次に、本発明の特徴部分である放電容器３の突出部１５と、電磁石９と、の位置関係について説明する。
【００３１】
図４に示すように、電磁石９の軸方向中心及び径方向中心となる中心点Ｄ（図３参照）と、突出部１５の突出端、即ち、突出部１５の電磁石９の中心軸Ａ２との交点（本実施形態では交点Ｃと一致）と、の間の距離Ｌが２０ｍｍ以上となるように、突出部１５の突出量及び電磁石９の配置を設定することが好ましい。図４に示すように、プラズマ生成時、荷電粒子は発散磁場Ｍの磁力線に巻き付くように運動するため（図中、符号Ｅで示す）、磁力線が集中する電磁石９の中心点Ｄ近傍には荷電粒子が集中しやすい。突出部９により、放電容器９の内壁をこのエッチングされやすいフォーカス位置からずらして設けることで、エッチングされるのを抑制できる。
【００３２】
突出部１５を設けても距離Ｌが２０ｍｍ未満であると、エッチングを十分に避けることはできない可能性がある。また、放電容器３と電磁石９を離し過ぎ、この距離Ｌがあまりに大きくなると、放電容器３内で、特に径方向外側の部分で十分な発散磁場Ｍを確保できず、拡散効率が低下する可能性がある。同様に、突出部１５の突出量が大きい場合も、磁場の大きさが径方向で大きく変化してしまい、拡散効率が低下する可能性がある。従って、距離Ｌは６０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３３】
また、放電容器３内壁の閉塞端面と電磁石９の軸方向中心との軸方向距離については特に限定されないが、電磁石９の軸方向中心の近傍であることが好ましく、径方向外側で十分な磁場の強さを得ることを考慮すると、０ｍｍ〜１０ｍｍ程度の範囲にあることが好ましい。突出部の突出量については、放電容器の耐久性、放電容器内の容積を考慮すると、放電管底部から突出部先端までの距離が２７ｍｍ〜４７ｍｍである事が好ましい。突出量が少なすぎては耐久性に難有り、長すぎると放電管の容積が小さくなりプラズマが発生しづらくなる。
【００３４】
なお、図４の例では放電容器３内壁の閉塞端面と突出部１５を、電磁石９の軸方向中心よりも処理室２側に配置しているが、これに限らない。例えば、図６に示すように、電磁石９の軸方向中心よりも大気側に閉塞端面を配置させた状態において、突出部１５の突出量を大きくすることで、距離Ｌが２０ｍｍ以上となるようにしてもよい。
【００３５】
また、電磁石９と放電容器３が同心配置されてない場合も、突出部９は電磁石９の中心軸Ａ２に沿って処理室２側に突出し、電磁石９の軸方向中心と、突出部１５の電磁石９の中心軸Ａ２との交点と、の距離が２０ｍｍ以上となっていればよい。また、電磁石９の中心軸Ａ２との交点で最も突出している必要はなく、他の部分でより突出していてもよく、突出部１５の形状は任意に設定される。
【００３６】
次に、ドライエッチング装置１の作用効果と共に、これを用いて実施するデバイスの製造方法を説明する。
【００３７】
図１のドライエッチング装置１を用いて基板１０の被処理面１０ａをドライエッチングする。なお、本実施形態では、例えば、デバイス基板１０の被処理面１０ａに形成された有機物を主成分とするレジスト膜が処理対象となる。
【００３８】
まず、処理室２内におけるプラズマ処理に際して、上記閉塞端部に処理室側へ向かって突出した突出部１５を備えた放電容器３を配置する。
【００３９】
ドライエッチングする際には、処理室２を減圧すると共に放電用ガスを導入し、アンテナ４に電力供給することで、減圧下の放電容器３内にプラズマを生成する。そして、電磁石９により発散磁場を形成し、処理室２内にプラズマを拡散させ、処理室２内に導入した処理ガスと反応させる。なお、図１中のＧは処理ガスの流れの方向である。
【００４０】
処理ガスは、処理室２内でプラズマＰにより化学反応を生じ、基板１０の被処理面１０ｂをエッチングする。このとき、必要に応じバイアス電源１３から基板ホルダ１１の内部の電極に電力を供給し、基板１０への入射イオンエネルギーを調整する。
【００４１】
例えば、基板１０の被処理面１０ａに作製したＳｉＯ2膜のエッチングは、例えば処理ガスとしてＣＦ4ガスを用いプラズマを生成すると、フッ素の活性種が生成してＳｉＯ2と反応する。生じた反応生成物（ＳｉＦ4、Ｏ2等）が気体として排気、除去されることによってエッチングが達成される。なお、実際の微細加工は、あらかじめ所定の微細なパターンをエッチングする膜の表面に光露光および現像技術によってマスクとして形成しておき、このマスクパターンを使用して目的の材料膜のエッチングを実施することで達成する。
【００４２】
本実施形態のドライエッチング装置１によれば、突出部１５により、リング状の電磁石９による磁力線の集中部分を避けて放電容器３の内壁を配置しているので、放電容器３へのダメージが低減され、耐久性に優れる。
【００４３】
本発明の作用効果を確認すべく、図１のドライエッチング装置１を用いて耐久試験を行った。具体的には、放電容器３を石英ガラスで構成し、突出部１５の厚みを種々の値に設定して、突出部１５を形成した場合と形成しない場合のそれぞれについて所定のドライエッチング工程を繰り返し、耐久性を確認した。
【００４４】
その結果、突出部１５を形成した場合には、いずれの場合も突出部１５を形成しない場合と比較して耐久性向上の効果が確認された。
【００４５】
このように、本実施形態のドライエッチング装置１を用いると、放電容器３の交換周期を大きく改善することができ、デバイス製造分野において非常に有益である。
【００４６】
〔第２の実施形態〕
次に、図７から図１０を参照して、本発明に係るプラズマ処理装置の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、第１の実施形態と同様にプラズマ処理装置として、有磁場高周波誘導結合型のドライエッチング装置を例示している。図７は、第２の実施形態のプラズマ処理装置を模式的に示す概略図である。
【００４７】
図７に示すように、第２の実施形態のドライエッチング装置２０はマッチングボックス５と冷却機構２１を備えており、この点で第１実施形態のドライエッチング装置１と異なる。なお、第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明する。
【００４８】
冷却機構２１は、突出部１５を１０℃以上３００℃以下に局所的に冷却する装置である。本実施形態の冷却機構２１は、例えば、放電容器３の外側から放電容器３の閉塞端部へ向けて冷却媒体となる空気を送る送風ファンにより形成されており、その送風量を調整することで所定の冷却効率に設定する。本実施形態では、冷却効率は３．０Ｗ／Ｋ以上１００Ｗ／Ｋ以下に設定することで、突出部１５を１０℃以上、３００℃以下に冷却する。冷却機構２１は、マッチングボックス５の上に配置されているが、この冷却機構２１の送風口の直下には開口部２２が形成され、放電容器３に直に送風することが可能である。なお、冷却機構２１は送風ファンに限定されない。
【００４９】
このように、突出部１５を１０℃以上３００℃以下に冷却することにより、エッチング残渣の発生を抑制することができる。ここで、エッチング残渣の発生機構について説明する。突出部１５がプラズマＰからの入熱により加熱されると、誘電体の石英ガラスやセラミクスなどの材料、または堆積したデポジションがスパッタされ、エッチング対象である基板１０の被処理面１０ａ上へ飛散する。飛散した物質がエッチング対象よりもエッチング速度が遅い場合、すなわち、エッチング対象との選択比が大きい場合、飛散した物質がマイクロマスクとなる。このマイクロマスクとなってエッチングされた部分がエッチング残渣となるのである。
【００５０】
図８は、突出部の温度とエッチング残渣量との関係を示す説明図である。図８に示すように、突出部の温度が３００℃（Ｔ0）を超えると、エッチング残渣が発生し、温度の上昇に従って急激に増加する。このことから、突出部の温度を３００℃以下に冷却することで、エッチング残差の発生を抑制することができる。また、突出部１５の温度を１０℃未満にすると結露等の問題があるため、１０℃以上に冷却することが好ましい。
【００５１】
また、図９は、第２の実施形態のドライエッチング装置を用いて、各冷却効率でドライエッチング処理を行った場合の放電容器の温度推移を示す説明図である。なお、放電容器３の温度は、突出部１５の温度を非接触式温度計にて測定することにより得た。
【００５２】
その結果、冷却効率を３Ｗ／Ｋ以上とすると、通常のドライエッチング工程１回の上限処理時間である６００ｓｅｃの放電で３００℃以下に抑えられ、かつ平衡温度が３００℃近傍に抑えられることが確認された。
【００５３】
次に、図１０は、ドライエッチング工程を繰り返し行った場合の放電容器の温度推移を示す説明図である。図１０に示すように、冷却機構２１を有しない構造の突出部１５の温度は３００℃を超えて過熱されていたが、冷却機構２１によって冷却した場合（冷却効率３Ｗ／Ｋ）には、突出部１５を３００℃以下に維持することができる。したがって、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用効果に加え、突出部１５の温度上昇またはエッチング中の温度変化を冷却機構２１の冷却によって抑制することにより、残渣の発生を抑えることができるという有利な効果を奏する。
【００５４】
なお、冷却効率を上げすぎると、放電容器３内へのデポジションの堆積を促進してしまい、パーティクルの発生原因となったり、メンテナンスサイクルが短くなるため、冷却効率は大きくとも１００Ｗ／Ｋ以下とすることが好ましい。
【００５５】
〔第３の実施形態〕
次に、図１１および図１２を参照して、本発明に係るプラズマ処理装置の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態では、第１および第２の実施形態と同様にプラズマ処理装置として、有磁場高周波誘導結合型のドライエッチング装置を例示している。図１１は、第３の実施形態のドライエッチング装置を模式的に示す概略図である。
【００５６】
図１１に示すように、第３の実施形態のドライエッチング装置３０は冷却機構２１に制御装置３１を備えており、この点で第２実施形態のドライエッチング装置２０と異なる。なお、第１および第２の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明する。
【００５７】
制御装置３１は、プラズマ放電の点滅と同期させて、冷却機構２０を動作させる機能を有する。具体的には、処理室２内にプラズマ励起時の発光を検出する放電センサ３２を備えており、制御装置３１は、放電センサ３２が放電を検出している間に冷却機構２１を動作させ、放電していないときには冷却機構２１の動作を停止させるように制御する。放電センサ３２は受光素子によって形成され、図１１に示すように、処理室２の側壁に形成された窓部３３の外側に、処理室２内へ臨ませて配置されている。すなわち、放電センサ３２は上記窓部３３を介して検出される受光量に基づき、放電の有無を判定する。
【００５８】
放電センサの検出に基づく間欠冷却に限定されず、例えば、予めプロセス手順に従って定められたシーケンスにて実行される電源７からアンテナ４への電力供給のオン／オフに合わせて、制御装置３１が冷却機構２１を間欠運転させてもよい。あるいは、電源７とアンテナ４とを結ぶ伝送路上に放電検出回路を設け、実際に放電の開始、終了を検出し、これに同期させて、制御装置３１が冷却機構２１を間欠運転させてもよい。さらに、冷却機構２１を間欠運転させる場合に限られず、例えば、制御装置３１が放電していない時と放電している時とで段階的又は連続的に冷却効率を変化させて、放電容器３を間欠冷却してもよい。
【００５９】
ここで、エッチング処理中は、プラズマＰからの入熱により温度は上昇し、エッチング処理を行っていない間は、主に突出部１５の大気側表面より大気温度との差により、温度は低下する。この突出部１５の温度変化により、堆積したデポジションの膜応力が変化し、膜はがれを起こし、パーティクルとして処理対象である基板１０の被処理面１１上へ飛散する。このパーティクルもマイクロマスクとなり、エッチング残渣の原因となる。したがって、上記のように放電と同期して冷却をおこなう制御装置３１を設けることで、エッチング処理前後の温度変化を抑えることができ、パーティクルの発生やエッチング残渣の発生を抑制できる。
【００６０】
図１２は、各基板処理に合わせて放電中のみ冷却をおこなった場合と、放電していない時を含めて冷却し続けた場合の放電容器の温度推移を示す説明図である。図１２に示すように、同期機能を有しない場合は、エッチング中の突出部１５の温度変化は１１６℃ほどあった。これに対して、上記制御装置３１によって放電に同期させて冷却を行なった場合には、突出部１５の温度変化を８５℃に小さくすることができ、温度変化に伴うエッチング残渣の発生を抑えることができた。
【００６１】
なお、プラズマＰを発生させる高周波のパワー、エッチングの時間、エッチング処理の連続によって、突出部１５の上昇温度は異なる。この場合、突出部１５の温度に応じて、冷却機構１５の冷却効率を変えることにより、残渣の発生しない温度へ制御することが可能である。
【００６２】
このように第３の実施形態は基本的には第２の実施形態と同様の作用効果を奏するが、第３の実施形態によれば、突出部１５の冷却方法を駆使することで、エッチング残渣の発生をより確実に抑制することができるという有利な効果を奏する。
【００６３】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これは本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲を上記実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。
【００６４】
例えば、突出部の形状は、上記実施形態に限定されない。例えば、放電容器の閉塞端部外面が突出部で窪んで凹面となっているものであってもよい。つまり上記実施形態では、閉塞端部外面が突出部でもその周囲でも同じ平坦面となるように肉が詰まっているが、ある程度の肉厚を確保しつつ、窪みを作ると、突出部分の熱容量を抑制可能であると共に、外面側から冷却するときに冷却面積を増やすことができるので、冷却効果が高い。
【００６５】
また、適用装置としては、エッチング装置に限定されず、放電管でプラズマを発生させ、グリッドを介して、処理室側にイオンビームを引き込むイオンビーム装置や、ＣＶＤ装置などでも適用可能である。
【実施例】
【００６６】
次に、本発明の実施例について説明する。【００６７】
図１に示すドライエッチング装置１において、電磁石９と放電容器３の位置関係を調整し、上記距離Ｌを種々の値に設定して、下記に示す条件にて耐久性試験を行った。
プロセスガス：ＣＨ3ＯＨ
プロセスガス流量：３０ｓｃｃｍ
アンテナ４への供給電力：３０００Ｗ
バイアス電力：２０００Ｗ
電磁石電流：２５Ａ【００６８】
プロセスガスとして処理室２内にＣＨ3ＯＨガスを導入し、通算７時間の放電を行い、その後、各放電管３の内壁の様子を目視により比較した。【００６９】
その結果、距離Ｌが２０ｍｍ未満では、突出部１５の表面には薄っすらと削れた跡が残っていたが、距離Ｌを２０〜６０ｍｍとした本発明の突出部１５の表面には削れやダメージを受けた跡は残っていなかった。また、Ｌが６０ｍｍよりも離れてしまうと、十分な拡散が起こらず、エッチングレートが低下してしまった。【００７０】
以上のことから、本発明のプラズマ処理装置は、放電容器の耐久性に優れることが確認された。
【符号の説明】
【００７１】
１，２０，３０    ドライエッチング装置（プラズマ処理装置）
２    処理室
３    放電容器
４    アンテナ
７    電源
９    電磁石
１０    基板
１０ａ    被処理面
１１    基板ホルダ
１５    突出部
１６    フランジ
１７    本体
２１    冷却機構
３１    制御装置
３２    放電センサ
Ｐ    プラズマ
Ｍ    発散磁場
【図１】
2011024446.tif 000003
【図２】
2011024446.tif 000004
【図３】
2011024446.tif 000005
【図４】
2011024446.tif 000006
【図５】
2011024446.tif 000007
【図６】
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【図７】
2011024446.tif 000009
【図８】
2011024446.tif 000010
【図９】
2011024446.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2011024446.tif 000013
【図１２】
2011024446.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成22年11月5日(2010.11.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理空間を区画する処理室と、
一端が前記処理室の内部に臨んで開口され、他端が閉塞された筒体からなる放電容器と、
前記放電容器の周囲に配置され、誘導電場を発生させ減圧下の前記放電容器の内部にプラズマを生成するアンテナと、
前記放電容器の周囲に配置され、前記放電容器の内部に発散磁場を形成する磁石と、
を備え、
前記放電容器の閉塞端部は、前記処理室側へ向かって突出した突出部を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記磁石は、放電容器の周囲に配されたコイルを有する電磁石であり、
前記突出部は、前記磁石の軸方向中心よりも前記処理室側に突出していることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記突出部の突出端と前記磁石の軸方向中心との間の前記軸方向距離が２０ｍｍ以上に設定されていることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記突出部は、前記放電容器と同材料または異なる材料の誘電体で形成され、前記放電容器の閉塞端部の肉厚を増大させるように形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記突出部を冷却する冷却機構を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
（削除）
【請求項７】
放電容器の内部でプラズマを生成し、磁石の発散磁場により処理室の内部にプラズマを拡散させて処理対象を処理してデバイスを製造する方法であって、
プラズマ処理に際して、前記処理室側へ向かって突出した突出部を閉塞端部に備えた前記放電容器を配置することを特徴とするデバイスの製造方法。
【請求項８】
前記プラズマ処理が、前記処理室の内部でプラズマにより処理対象をドライエッチングする処理であることを特徴とする請求項７に記載のデバイスの製造方法。
【手続補正書】
【提出日】平成23年3月4日(2011.3.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理空間を区画する処理室と、
一端が前記処理室の内部に臨んで開口され、他端が閉塞された筒体からなる放電容器と、
前記放電容器の周囲に配置され、誘導電場を発生させ減圧下の前記放電容器の内部にプラズマを生成するアンテナと、
前記放電容器の周囲に配置され、前記放電容器の内部に発散磁場を形成する磁石と、
を備え、
前記放電容器の閉塞端部は、前記処理室側へ向かって突出した突出部を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記磁石は、放電容器の周囲に配されたコイルを有する電磁石であり、
前記突出部は、前記磁石の軸方向中心よりも前記処理室側に突出していることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記突出部の突出端と前記磁石の軸方向中心との間の前記軸方向距離が２０ｍｍ以上に設定されていることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記突出部は、前記放電容器と同材料または異なる材料の誘電体で形成され、前記放電容器の閉塞端部の肉厚を増大させるように形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記突出部を冷却する冷却機構を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
放電容器の内部でプラズマを生成し、磁石の発散磁場により処理室の内部にプラズマを拡散させて処理対象を処理してデバイスを製造する方法であって、
プラズマ処理に際して、前記処理室側へ向かって突出した突出部を閉塞端部に備えた前記放電容器を配置することを特徴とするデバイスの製造方法。
【請求項７】
前記プラズマ処理が、前記処理室の内部でプラズマにより処理対象をドライエッチングする処理であることを特徴とする請求項６に記載のデバイスの製造方法。
【手続補正書】
【提出日】平成23年10月17日(2011.10.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
図４に示すように、電磁石９の軸方向中心及び径方向中心となる中心点Ｄ（図３参照）と、突出部１５の突出端、即ち、突出部１５の電磁石９の中心軸Ａ２との交点（本実施形態では交点Ｃと一致）と、の間の距離Ｌが２０ｍｍ以上となるように、突出部１５の突出量及び電磁石９の配置を設定することが好ましい。図４に示すように、プラズマ生成時、荷電粒子は発散磁場Ｍの磁力線に巻き付くように運動するため（図中、符号Ｅで示す）、磁力線が集中する電磁石９の中心点Ｄ近傍には荷電粒子が集中しやすい。突出部１５により、放電容器３の内壁をこのエッチングされやすいフォーカス位置からずらして設けることで、エッチングされるのを抑制できる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
また、放電容器３内壁の閉塞端面と電磁石９の軸方向中心との軸方向距離については特に限定されないが、電磁石９の軸方向中心の近傍であることが好ましく、径方向外側で十分な磁場の強さを得ることを考慮すると、０ｍｍ〜１０ｍｍ程度の範囲にあることが好ましい。突出部の突出量については、放電容器の耐久性、放電容器内の容積を考慮すると、放電容器底部から突出部先端までの距離が２７ｍｍ〜４７ｍｍである事が好ましい。突出量が少なすぎては耐久性に難有り、長すぎると放電容器の容積が小さくなりプラズマが発生しづらくなる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
また、電磁石９と放電容器３が同心配置されてない場合も、突出部１５は電磁石９の中心軸Ａ２に沿って処理室２側に突出し、電磁石９の軸方向中心と、突出部１５の電磁石９の中心軸Ａ２との交点と、の距離が２０ｍｍ以上となっていればよい。また、電磁石９の中心軸Ａ２との交点で最も突出している必要はなく、他の部分でより突出していてもよく、突出部１５の形状は任意に設定される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
処理ガスは、処理室２内でプラズマＰにより化学反応を生じ、基板１０の被処理面１０ａをエッチングする。このとき、必要に応じバイアス電源１３から基板ホルダ１１の内部の電極に電力を供給し、基板１０への入射イオンエネルギーを調整する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
図８は、突出部の温度とエッチング残渣量との関係を示す説明図である。図８に示すように、突出部の温度が３００℃（Ｔ0）を超えると、エッチング残渣が発生し、温度の上昇に従って急激に増加する。このことから、突出部の温度を３００℃以下に冷却することで、エッチング残渣の発生を抑制することができる。また、突出部１５の温度を１０℃未満にすると結露等の問題があるため、１０℃以上に冷却することが好ましい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
ここで、エッチング処理中は、プラズマＰからの入熱により温度は上昇し、エッチング処理を行っていない間は、主に突出部１５の大気側表面より大気温度との差により、温度は低下する。この突出部１５の温度変化により、堆積したデポジションの膜応力が変化し、膜はがれを起こし、パーティクルとして処理対象である基板１０の被処理面１０ａ上へ飛散する。このパーティクルもマイクロマスクとなり、エッチング残渣の原因となる。したがって、上記のように放電と同期して冷却をおこなう制御装置３１を設けることで、エッチング処理前後の温度変化を抑えることができ、パーティクルの発生やエッチング残渣の発生を抑制できる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
なお、プラズマＰを発生させる高周波のパワー、エッチングの時間、エッチング処理の連続によって、突出部１５の上昇温度は異なる。この場合、突出部１５の温度に応じて、冷却機構２１の冷却効率を変えることにより、残渣の発生しない温度へ制御することが可能である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
また、適用装置としては、エッチング装置に限定されず、放電容器でプラズマを発生させ、グリッドを介して、処理室側にイオンビームを引き込むイオンビーム装置や、ＣＶＤ装置などでも適用可能である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
プロセスガスとして処理室２内にＣＨ3ＯＨガスを導入し、通算７時間の放電を行い、その後、各放電容器３の内壁の様子を目視により比較した。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2011024446.tif 000015
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2011024446.tif 000016
【国際調査報告】
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2011024446.tif 000018